(57)【要約】【課題】省電力化を図るとともに、加熱による品質劣化を低減して長寿命化を図る。【解決手段】シリコン基板５に設けられる導電性パッド３と、ガラス基板６に設けられる導電性パッド４との間に電圧を印加していない状態では、液体金属２が空洞部１０の電気接点部６３上にはあるが、電気接点部６４上にはないので、電気接点部６３，６４間は絶縁状態である。絶縁状態において、導電性パッド３，４間に電圧を印加すると、導電性パッド３，４の静電吸引力で空洞部１０が変形することにより、液体金属２が空洞部１０を左側へ移動する。これにより、液体金属２を介して電気接点部６３，６４間を絶縁状態から通電状態にする。通電状態において、導電性パッド３，４間の電圧印加を止めると、空洞部１０の形状が元に戻り、空洞部１０の一部１０１にある気体の圧力によって液体金属２が空洞部１０を右側へ移動し、電気接点部６３，６４間を通電状態から絶縁状態にする。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
空洞部が一の方向に沿って形成されるハウジングと、
前記空洞部の外周面にそれぞれが離隔して設けられる一対の電気接点部と、
前記空洞部の一部を空洞にした状態で残部を満たす液体金属と、
前記ハウジングの前記一の方向に沿った一対の対向面に設けられ、電圧が印加されると静電吸引力を発生する一対の導電性パッドと
を備え、
前記静電吸引力に基づいて前記空洞部が変形することによって、前記液体金属が前記空洞部を前記一の方向に移動し、前記液体金属を介して前記一対の電気接点部間を絶縁状態から通電状態にする
ことを特徴とする液体金属リレー。
【請求項２】
前記ハウジングの前記一の方向に沿った一対の対向面のそれぞれに凹部が形成され、
前記一対の導電性パッドのそれぞれが、前記凹部に設けられる
ことを特徴とする請求項１記載の液体金属リレー。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電気接点部間の絶縁状態と通電状態を切り替えるために用いられる液体金属リレーに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、この種の液体金属リレーは、特許文献１に開示されているように、スイッチング流体（液体金属）を用いて電極（電気接点部）間の絶縁状態と通電状態を切り替えるものである。具体的には、複数のキャビティ（空洞部）が基板（ハウジング）に形成され、一のキャビティにはスイッチング流体が保持され、他のキャビティには作動流体が保持されている。上記構成において、作動流体を加熱することにより、作動流体の圧力を変化させると、スイッチング流体が、一のキャビティで形状を変化させ、移動し、分岐する。このような一のキャビティでのスイッチング流体の変化に基づいて電極間を絶縁状態にしたり通電状態にしたりする。
【特許文献１】特開２００５−１５８７１７号公報（第４〜８頁及び第９図）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、上記従来の液体金属リレーは、作動流体を加熱する必要があるので、消費電力が大きくなるという問題があった。また、加熱による温度上昇により品質劣化しやすくなるので、寿命を長くすることができないという問題があった。
【０００４】
本発明は上記の点に鑑みて為されたものであり、その目的とするところは、省電力化を図ることができるとともに、加熱による品質劣化を低減することができ長寿命化を図ることができる液体金属リレーを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
請求項１に記載の発明は、空洞部が一の方向に沿って形成されるハウジングと、前記空洞部の外周面にそれぞれが離隔して設けられる一対の電気接点部と、前記空洞部の一部を空洞にした状態で残部を満たす液体金属と、前記ハウジングの前記一の方向に沿った一対の対向面に設けられ、電圧が印加されると静電吸引力を発生する一対の導電性パッドとを備え、前記静電吸引力に基づいて前記空洞部が変形することによって、前記液体金属が前記空洞部を前記一の方向に移動し、前記液体金属を介して前記一対の電気接点部間を絶縁状態から通電状態にすることを特徴とする。
【０００６】
この構成では、加熱による温度上昇を伴うことなく静電吸引力に基づいて液体金属を移動させて一対の電気接点部間を絶縁状態から通電状態にすることができるので、省電力化を図ることができるとともに、加熱による品質劣化を低減することができ長寿命化を図ることができる。
【０００７】
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の発明において、前記ハウジングの前記一の方向に沿った一対の対向面のそれぞれに凹部が形成され、前記一対の導電性パッドのそれぞれが、前記凹部に設けられることを特徴とする。この構成では、一対の導電性パッド間の距離を短くすることができるので、一対の導電性パッド間に発生する静電吸引力を強くすることができる。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、省電力化を図ることができるとともに、加熱による品質劣化を低減することができ長寿命化を図ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
（実施形態１）
本発明の実施形態１について図１を用いて説明する。図１は実施形態１の液体金属リレーの断面図である。
【００１０】
先ず、実施形態１の基本的な構成について説明する。実施形態１の液体金属リレーは、電気接点部間の絶縁状態と通電状態を切り替えるものであり、図１に示すように、ハウジング１と、液体金属２と、一対の導電性パッド３，４とを備えている。
【００１１】
ハウジング１は、シリコン基板５と、ガラス基板６と、封止基板７とを備えている。
【００１２】
シリコン基板５は、下面５０をガラス基板６と対向して接合している。接合後のシリコン基板５の下面５０とガラス基板６によって、空洞部１０が一の方向（図１の左右方向）に沿って形成されている。シリコン基板５の下面５０側（図１の下側）から見た空洞部１０の形状は限定されるものではなく、例えば、全体が細長い形状のもの、又は細長い形状の両端部より幅広くした液体金属溜め部（チャンバー）を中間部に有するものであってもよい。一方、シリコン基板５の上面５１には、注入口１１が、上面開口１１０からシリコン基板５の下面５０側に向けて徐々に内径が小さくなるテーパ状に形成され、空洞部１０の端部１００と連通している。さらに、シリコン基板５には、空洞部１０の一部１０１と外部を連通し、空洞部１０の気体を外部に排気するための排気口（図示せず）が形成されている。
【００１３】
ガラス基板６には、一対の貫通孔６０，６１が、それぞれガラス基板６の下面開口６００，６１０から見て円状であり、下面開口６００，６１０から上面開口６０１，６１１に向けて徐々に内径が小さくなるテーパ状に形成され、空洞部１０と連通している。また、ガラス基板６は、一対の貫通孔６０，６１のそれぞれに電気接点部６３，６４を離隔させて備えている。各電気接点部６３，６４は、例えば銅や金、アルミニウム、半田など導電性を有する金属材料であり、上面開口６０１，６１１を閉塞している。つまり、各電気接点部６３，６４は、空洞部１０の外周面に設けられることになる。
【００１４】
封止基板７は、例えばガラスなどであり、後述するように液体金属２を注入口１１から空洞部１０に注入した後、注入口１１の上面開口１１０を封止するものである。
【００１５】
一方、液体金属２は、例えば水銀などであり、空洞部１０の一部１０１を空洞にした状態で残部１０２を満たすために注入口１１から残部１０２に注入される。このとき、空洞部１０の気体は排気口（図示せず）から外部に排気される。液体金属２は、シリコン基板５及びガラス基板６との表面張力、並びに空洞部１０の一部１０１にある気体の圧力により、空洞部１０の一部１０１に空洞を維持しながら残部１０２を満たしている。
【００１６】
一対の導電性パッド３，４のそれぞれは、例えば金属などの導電性材料により板状に形成されているものである。導電性パッド３は、シリコン基板５の上面５１に接合されて設けられている。また、導電性パッド４は、ガラス基板６の下面６２に接合されて設けられている。ここで、一対の導電性パッド３，４は、シリコン基板５とガラス基板６を接合したときに対向するような位置にある。また、一対の導電性パッド３，４は、電圧を印加することができるように配線され、上記電圧が印加されると静電吸引力を発生する。なお、各導電性パッド３，４の大きさは限定されるものではなく、大きいほど静電吸引力が大きくなるので、用途に応じて適宜設計されるものである。
【００１７】
次に、実施形態１の液体金属リレーの製造方法について図１を用いて説明する。先ず、シリコン基板５の下面５０に、空洞部１０になる溝を形成する（第１工程）。第１工程とは別に、ガラス基板６に一対の貫通孔６０，６１を形成する（第２工程）。続いて、一対の貫通孔６０，６１のそれぞれに電気接点部６３，６４を、上面開口６０１，６１１を閉塞するように形成する（第３工程）。第１〜３工程後に、シリコン基板５の下面５０をガラス基板６の上面６５と対向させて、シリコン基板５とガラス基板６を接合する（第４工程）。第４工程後に、空洞部１０の気体を排気口（図示せず）から外部に排気しながら、液体金属２を注入口１１から空洞部１０に注入する（第５工程）。第５工程後に、注入口１１の上面開口１１０を封止基板７で封止するとともに、上記排気口も封止する（第６工程）。最後に、第１〜６工程とは別に、シリコン基板５の上面５１に導電性パッド３を取り付け、ガラス基板６の下面６２に導電性パッド４を取り付ける（第７工程）。なお、第１工程と第２，３工程の順序は限定されるものではなく、どちらの工程を先に行ってもよい。また、第１〜６工程と第７工程の順序も限定されるものではなく、どちらの工程を先に行ってもよい。
【００１８】
続いて、実施形態１の液体金属リレーの動作について図１を用いて説明する。一対の導電性パッド３，４間に電圧を印加していない状態では、液体金属２が空洞部１０の電気接点部６３上にはあるが、電気接点部６４上にはないので、一対の電気接点部６３，６４間は絶縁状態である。上記絶縁状態において、一対の導電性パッド３，４間に電圧を印加すると、上記一対の導電性パッド３，４による静電吸引力に基づいて空洞部１０が一対の導電性パッド３，４間方向（図１の上下方向）で変形することによって、液体金属２が空洞部１０を図１の左側へ移動する。これにより、液体金属２が電気接点部６３上だけでなく電気接点部６４上にもあるので、液体金属２を介して一対の電気接点部６３，６４間を絶縁状態から通電状態にする。上記通電状態において、一対の導電性パッド３，４間への電圧の印加を止めると、空洞部１０の変形が元に戻り、空洞部１０の一部１０１にある気体の圧力によって液体金属２が空洞部１０を図１の右側へ移動し、液体金属２が電気接点部６４上にはなくなるので、一対の電気接点部６３，６４間を通電状態から絶縁状態にする。
【００１９】
上記より、実施形態１の液体金属リレーは、一対の電気接点部６３，６４間の絶縁状態と通電状態を切り替えることができる。
【００２０】
以上、実施形態１によれば、加熱による温度上昇を伴うことなく静電吸引力に基づいて液体金属２を移動させて一対の電気接点部６３，６４間を絶縁状態から通電状態にすることができるので、省電力化を図ることができるとともに、加熱による品質劣化を低減することができ長寿命化を図ることができる。
【００２１】
（実施形態２）
本発明の実施形態２について図２を用いて説明する。図２は実施形態２の液体金属リレーの断面図である。
【００２２】
実施形態２の液体金属リレーは、図２に示すように、ハウジング１ａと、液体金属２と、一対の導電性パッド３，４とを備えているが、実施形態１の液体金属リレーにはない以下に記載の特徴部分がある。
【００２３】
実施形態２のハウジング１ａは、図２に示すようなシリコン基板５ａ及びガラス基板６ａを備えている。シリコン基板５ａの上面５１ａには、凹部５２が形成されている。導電性パッド３は、凹部５２に接合されて設けられている。また、ガラス基板６ａの下面６２ａには、凹部６６が形成されている。導電性パッド４は、凹部６６に接合されて設けられている。上記のように凹部５２，６６に導電性パッド３，４を設けることにより、導電性パッド３，４間の距離を短くすることができる。なお、実施形態２のハウジング１ａは、上記以外の点において、実施形態１のハウジング１（図１参照）と同様である。
【００２４】
次に、実施形態２の液体金属リレーの製造方法について図２を用いて説明する。先ず、実施形態１の第１工程を行い、実施形態１と同様に、シリコン基板５ａに、空洞部１０になる溝を形成する（第１工程）。続いて、シリコン基板５ａに凹部５２を形成する（第２工程）。上記第１，２工程とは別に、実施形態１の第２，３工程を行い、実施形態１と同様に、ガラス基板６ａに一対の貫通孔６０，６１を形成し（第３工程）、上記一対の貫通孔６０，６１のそれぞれに電気接点部６３，６４を形成する（第４工程）。続いて、ガラス基板６ａに凹部６６を形成する（第５工程）。第１〜５工程後に、実施形態１の第４〜６工程を行い、実施形態１と同様に、シリコン基板５ａとガラス基板６ａを接合し（第６工程）、液体金属２を空洞部１０に注入し（第７工程）、注入口１１を封止基板７で封止するとともに、排気口も封止する（第８工程）。さらに、シリコン基板５ａの凹部５２に導電性パッド３を取り付け、ガラス基板６ａの凹部６６に導電性パッド４を取り付ける（第９工程）。なお、第１〜８工程と第９工程の順序は限定されるものではなく、どちらの工程を先に行ってもよい。
【００２５】
なお、実施形態２の液体金属リレーの動作は実施形態１の液体金属リレーと同様である。
【００２６】
以上、実施形態２によれば、一対の導電性パッド３，４をそれぞれシリコン基板５ａの凹部５２及びガラス基板６ａの凹部６６に設けることにより、一対の導電性パッド３，４間の距離を短くすることができるので、一対の導電性パッド３，４間に発生する静電吸引力を強くすることができる。これにより、液体金属２の移動をより容易に行うことができる。
【００２７】
なお、実施形態１又は２の変形例として、複数対の電気接点部をガラス基板に備えてもよい。このような構成にすると実施形態１又は２と同様の効果を奏することができるとともに、複数対の電気接点部を同時に切り替える場合に効率よく行うことができる。
【００２８】
また、実施形態１又は２の他の変形例として、シリコン基板に排気口が形成されていない構成であってもよい。このような構成であっても、実施形態１又は２と同様の効果を奏することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】本発明による実施形態１の液体金属リレーの断面図である。
【図２】本発明による実施形態２の液体金属リレーの断面図である。
【符号の説明】
【００３０】
１０  空洞部
１０１  一部
２  液体金属
３，４  導電性パッド
５，５ａ  シリコン基板
５２  凹部
６，６ａ  ガラス基板
６３，６４  電気接点部
６６  凹部
【図１】
2007066731.tif 000003
【図２】
2007066731.tif 000004